摘 要： 在当前我国经济快速发展的背景下，电力行业担当着重要的角色。水电站的电能输出在我国总输电量中具有重要占比，基于提升水电站输电效率、可靠安全性及长期稳定性等目的，可将PLC自动装置应用于水电站设备。在此背景下，文中通过对PLC自动装置在水电站设备中应用分析，旨在为水电站的进一步发展提供可靠的经验参考。
关键词： PCL; 水电站; 自动装置;
水电站作为我国经济发展的重要组成部分，与采用化石燃料为主的火力发电站相比有较大的优势，既满足了国家倡导的节能环保要求，同时能够满足我国经济发展的诉求，因此成为当前我国经济发展的重要组成和电力行业发展的趋势之一。但目前部分水电站工作存在一定问题，如水电站工作效率受水流影响较大，当遇到大型降雨时，会造成水电站的工作运行不稳定，造成一定的安全事故隐患，因此，将PLC(Programmable Logic Controller）自动控制装置运用至水电站中，可达到对水电站工作控制作用，不仅大大提高了工作效率，同时达到了预测、预报的目的，明显减少了事故隐患，对电力行业的稳定运行发展发挥着重要作用。基于此，本文着重研究了PLC在水电站中的具体应用。
1、 水电站的自动化技术需求
当前多数水电站主要以以太网、继电保护的PLC程序来保障自身平稳运行，为不同的时间节点运行提供稳定保护，可减少外界环境对水电站工作的影响，其水电站数字化技术组成如图1所示。
为提高水电站的工作效率，降低工作风险，自动装置的应用已成为发展趋势。通过采用以计算机为主体，加入可编程、大数据、数字化等现代技术的PLC自动装置，可满足水电站以下几方面的需求：
(1）保障高质量电能供应需求。在经济快速发展的今天，各个生产领域对电能的要求不仅体现在巨大的使用需要上，同时，对电能的质量提出了更高的要求。评判电能质量的指标主要体现在频率和电压上，频率主要由系统的有功功率平衡来决定，电压主要由系统的无功功率平衡决定。然而，仅通过人为操作很难将具有不确定性的电荷达到人们对电能质量的要求，而通过自动化系统则可以准确地调节有功及无功功率的输出，从而达到频率和电压稳定性的要求。
(2）保障水电站工作的安全性。在水电站设备中应用自动装置，能够保障精准、高效和稳定的工作效率，满足数据分析和事故预警的实时监控要。具体来说，一方面，能减少事故隐患的出现和扩大（自动控制系统控制开关并发出报警）；另一方面，也可保障水电站的安全生产保持正常运行（自动启用备用设备），从而减少由于停产所带来的损失。同时，采用自控装置系统应用于水电站中，可显着降低由于人为不当操作所带来的风险，大大减少了事故隐患的发生。
图1 水电站数字化技术组成
(3）保障水电站设备的经济运行。在水电站工作时，一种理想状态是水轮机组长时间处于满负荷工作，达到最高效的产能，但在实际工作中，由于水流大小、设备故障等多方面原因使得要达到这一稳定状态相对困难。通过对自动化控制系统的利用，该系统能够有效地结合当前水流情况，准确地计算出水电站机组设备最佳运行参数，即使最少的水量可产出的最大电能。
(4）提升电能输出的可靠性。在全国经济快速、稳步发展的要求下，我国经济发展对于用电量处于逐年递增的趋势，其也对我国水电站的电能的可靠输出提出了更高要求。如果水电站输电能力和稳定性处于较差状态，会严重影响社会经济的平稳发展和稳定运行。将先进的自动化控制系统运用于水电站中，能够大大提升发电量，保障对城市用电的稳定供应，避免造成大面积停产停电的事故。
(5）提升自然资源支配的合理性。由于我国长期处于水资源匮乏的情况，人均占有量在全球各个国家中处于较低的状态。因此，在水电站运行过程中，应用先进的自动化控制系统，能够保证现有水资源的最大合理利用率，且电能可得到更科学、合理的分配，同时，能够达到对周围的生态环境进行长期有效的保护。
(6）提升水电站工作效率。通过电气自动化可显着减少对现场工作人员数量的需求，同时，降低现场工作人员的工作量和劳动强度。
2 、PLC自动装置在水电站中的应用
2.1、 顺序控制
随着水电站发电机组容量的不断增大，系统变得越来越错综复杂，因此对自动装置也提出了更高的要求。在水电站中，主要包括发电机组的各项运行状况的转化、调整和对公用设备的自动化控制，每项控制顺序均按照生产流程要求及生产设备的特点来设定。
传统水电站通过继电器控制屏可达到顺序控制的目的。其设备线路繁多、占地较大、工作效率低，维护成本较高，维修相对困难，尤其是可靠性和安全性较差，相比计算机的计算和存储功能，易发生误操作。因此，传统的继电器控制屏逐渐被PLC取代，很大程度上提升了水电站的综合自动化能力，主要体现在以下几点：（1)PLC是采用微计算机技术的大型集成电路，代替布线逻辑控制电路，具有能耗低、成本低、重量轻、体积小的优点；（2)PLC自动控制装置接口简单、线路工作量小，在工作环境较差的情况下仍能够保障正常工作，且不易发生故障、运行较为稳定、维护方便；（3)PLC采用扫描式工作方式，运行速度快；（4）水电站的顺序控制系统流程相对复杂，采取常规继电器硬接线控制方式往往会造成维护困难、故障不易查找和系统较为庞大等问题。通过将PLC应用于水电站后，不仅可提高水电站设备靠性高，而且易于对控制系统进行修改。
2.2、 生产控制
在遵循安全性、可靠性、合理性等基本原则的基础上，对系统进行编制程序时，首先，我们应该根据整个生产控制过程的需要将程序划分为多个块。其次，要合理使用指令，严格注意信号名称的定义，并正确编写程序。通过对系统的总体调试，对程序不当之处进行相应的修改。只有在运行了一定时间后，才能将其投入实际的现场工作。分块结构程序是根据项目特征将控制项目分为几个简单和小型的控制任务，可以将这些控制任务分配给子程序，在子程序中编译控制程序的特定任务后，最后，由主程序调用整个控制程序。
2.3 、监控控制
在水电站中，发电机组附近需配备一定的主要辅助设备，这些设备的运行状况也成为影响水电站稳定运行的关键因素。自动化装置技术可应用于水电站的监控运行中，其过程如下：通过“监视设备-控制设备-控制节点”将辅助设备的参数传输至计算机，将数据库与预设数据进行对比分析，以判断辅助设备的健康状况并控制辅助设备的运行状况。
2.4、 保护控制
水电站的保护控制系统具有有功调节和无功调节的作用，PLC技术凭借自身出色的逻辑功能，在保护控制过程中具有较高的稳定性和可靠性，能够取代传统的继电器控制，其主要辅助设备保护控制的内容如下：（1）检查定子和转子回路工作情况；（2）检查定子绕组的铁心温度；（3）检查机组的润滑度、变速系统和制冷系统；（4）上述问题任何一部分出现问题，自动化装置都会立即启动应急程序和保护措施，同时，将故障信息进行警示。
对主要电气设备保护控制的内容如下：（1）对于电机组不会马上造成影响的异常情况（如机组冷却水源中断、温度超限、油槽油面异常等)，仅仅对现场工作人员进行警示，提高工作人员的防范意识和应对意识。（2）对于超过保护限定值的事故隐患（如机组超速和调速器故障、导水叶剪断、铜管破裂等），自动化装置会立即断开断路器，同时，关闭进水闸门。
3 、结语
从长期发展来看，PLC自动化装置在水电站工作中的应用具有广阔的应用前景，一方面，大大提高了水电站的工作效率，同时保障了现场工作人员的安全性，减少了人为误操作带来的事故隐患；另一方面，大大提高了国内水资源的合理利用，同时提高了供电的稳定性和输电质量，因此，是我国电力行业发展的重要方向之一。
参考文献
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